Это поразительное свойство теоретической физики: не только фундаментальная физика влияет на «физику вокруг нас», такую, как физика конденсированного состояния вообще и физика сверхпроводимости, в частности, — физика вокруг нас подсказывает нам глубочайшие идеи насчет основ. Познание начинается с середины, а потом мы копаем в обе стороны — в сторону приложения и в сторону фундамента. Теория Гинзбурга — Ландау есть один из ярких примеров этого удивительного свойства нашей науки. Недавний пример такого рода feed bаск'а — графен, «ЦЕРН на столе», позволяющий исследовать в простых и дешевых лабораторных экспериментах тончайшие эффекты релятивистской квантовой механики и квантовой теории поля.
Теория Гинзбурга — Ландау содержит некий безразмерный параметр каппа. Если он больше, чем критическое значение, равное 1 /V 2, поверхностная энергия между нормальной и сверхпроводящей фазой оказывается отрицательной. Гинзбург и Ландау не стали рассматривать «патологический» случай, но вскоре это было сделано в развитие их работы Алексеем Абрикосовым. Отсюда концепция «вихрей Абрикосова», первого (наряду с вихрями Онсагера — Фейнмана в сверхтекучем гелии) примера «топологических дефектов», играющих столь важную роль не только в современной физике конденсированного состояния, но и в теории поля, и даже в космологии. Следующий шаг, демонстрирующий единство нашей науки.
Постепенно пришло понимание, что неоднородность «параметра порядка» важна не только, когда она вызвана внешними причинами, такими, как магнитное поле в сверхпроводнике, — гамильтониан Гинзбурга-Ландау необходим для учета флуктуаций, играющих решающую роль вблизи точек фазовых переходов второго рода. Этот шаг был сделан в начале 1960-х годов Гинзбургом (еще один его выдающийся вклад в теоретическую физику!) и Аркадием Леванюком. Они установили критерий, когда теория фазовых переходов второго рода Ландау становится неприменимой и все определяется флуктуациями, — первый шаг к современной теории критического поведения. Метод реноргруппы, созданный Кеннетом Вильсоном, обосновал утверждение, что гамильтониан Гинзбурга-Ландау содержит все члены, необходимые для описания критического поведения в трехмерном пространстве. Исходное его применение именно к сверхпроводящему переходу — еще одна удача: критерий Гинзбурга-Леванюка показывает, что именно в этом случае флуктуационная область крайне мала!
Надо ли говорить, что в 1950 г. не существовало микроскопической теории сверхпроводимости и физический смысл «параметра порядка» был совершенно не известен. В статье он вводится, почти буквально, как волновая функция «не пойми чего». Теперь мы знаем, что это «не пойми что» — конденсат куперовских пар. Единственное изменение, которое по этому поводу пришлось сделать в теории, — ввести в одном месте множитель два (заряд ку-перовской пары равен удвоенному заряду электрона). Воистину добрый доктор Айболит (в отличие от злого разбойника Бармалея) может перебежать реку Лимпопо по обезьяньему мосту и не упасть к крокодилам. Еще одно поразительное свойство нашей науки — возможность делать правильные выводы на очень шатком и частично неправильном основании.
По более-менее прямому образу и подобию теории Гинзбурга — Ландау построены теория Гросса — Питаевского (сверхтекучесть Бозе-газа, столь важная сейчас, после открытия методов получения ультрахолодных газов) и теория де Женна (жидкие кристаллы). Диапазон ее влияния, таким образом, — от физической химии до космологии.
Снова об арктическом шельфе
Алексей Иванов (Институт земной коры СО РАН, Иркутск)
Пусть запомнит иностранец,шельма,
Намотает пусть себе на ус:
Нашего арктического шельфа
Не отхватит он заветный кус.
В этом нам надежная порука -
Если что, ответит головой -